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1、 电子设备行业专题研究 新能源提效在即,碳化硅优势显现开启全新增长极 2022 年 11 月 15 日 【投资要点投资要点】碳化硅性能优势显著,国内外厂商加速碳化硅性能优势显著,国内外厂商加速布局。布局。SiC 具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优势,更适用于高压、高温、高频环境。当前 SiC 市场仍被海外厂商主导,我国在该领域已催生出一批优质企业,并实现全产业链覆盖。衬底作为产业链核心,当前以 PVT 法为主流技术。新能源提效迫切,新能源提效迫切,8 80000V V 强势催化打开强势催化打开 SiCSiC 广阔空间。广阔空间。SiC 器件应用领域覆盖新
2、能源汽车、光伏、轨道交通、5G 等景气市场。在新能源车新能源车载模块载模块,SiC 器件主要应用于电机驱动系统逆变器、车载 DC/DC、车载充电系统,助力整车提升加速度、降低系统成本、增加续航里程、实现轻量化。车用充电桩车用充电桩方面,我国存在巨大市场缺口,截至 2021H1车桩比仅为 3.1:1,且快速直流充电桩不足半数。因此需求端需求端,充电问题造成的“里程焦虑”阻碍了新能源车进一步普及,800V 需求迫切;供给端供给端,主流车厂加速布局 800V 平台及碳化硅模块。此外,光伏市场高增,轨交中 SiC 器件占比快速提升将进一步打开 SiC 市场空间。据我们测算,到 2027 年全球 SiC
3、 市场规模有望达到 481-675 亿元。国产替代、成本下降、良率提升持续推进。国产替代国产替代、成本下降、良率提升持续推进。国产替代方面,我国 SiC研发及工业化起步晚,海外厂商仍占主导,2021 年全球 SiC 衬底市场仅美国厂商就占据逾 76%的份额。但我国厂商产品迭代加速,研发时间较海外厂商更短,且性能参数均可对标,市占率呈快速上升趋势。成本成本方面,后道的冷切割、高速抛光等工艺及尺寸的扩大提升了晶片的加工效率及使用效率,使 SiC 器件与 Si 器件价差逐渐缩小。良率良率方面,针对影响良率的温度控制、晶型控制等难题,国内已有先进设备和专利技术,随着学界和业界的持续探索,SiC 良率提
4、升未来可期。【配置建议】【配置建议】下游新能源汽车、光伏等景气市场持续催化,看好 SiC 成长空间。建议重点关注天岳先进天岳先进(国内半绝缘型衬底龙头,加速发展导电型)、三安光电三安光电(SiC 客户开拓进程快)、新洁能新洁能(拟入股 SiC 衬底提供商,力求打通产业链);建议关注天科合达天科合达(全球第五大衬底提供商)、露露笑科技笑科技(国内先进研究团队加盟)。【风险提示】【风险提示】受消费市场影响,新能源汽车需求不及预期;SiC 工艺难度大,研发不及预期;衬底成本下降不及预期,影响 SiC 渗透率;产能扩张不及预期。强于大市强于大市(维持)东方财富证券研究所东方财富证券研究所 证券分析师:
5、周旭辉 证书编号:S01 联系人:夏嘉鑫 电话: 相对指数表现相对指数表现 相关研究相关研究 Mini LED 日趋成熟,或迎加速发展期 2022.11.07 光学光电子系列报告之二:电子纸产业逆势成长,产业应用格局已打开 2022.10.19 电子 2022 年中报预告总结分化,持续拥抱高景气,开始关注反转迹象 2022.08.03 汽车电子系列报告 1:激光雷达从0 到 1,投资将走向业绩驱动 2022.08.01 半导体材料系列之二:电子气体,集成电路的血液 2022.05.23-40.50%-31.58%-22.65%-13.73%-4.8
6、0%4.13%11/151/153/155/157/159/15电子设备沪深300 行业研究/电子设备/证券研究报告 挖掘价值挖掘价值 投资成长投资成长 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 2 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 正文目录正文目录 1.1.碳化硅优势显著,衬底为价值链核心碳化硅优势显著,衬底为价值链核心.4 1.1.1.1.耐高温、高压、高频,碳化硅替代大势所趋耐高温、高压、高频,碳化硅替代大势所趋.4 1.2.1.2.衬底为价值链主导,国内外厂商积极布局衬底为价值链主导,国内外厂商积极布局.5 1.3.1.3.三大三大技术各有千秋
7、,技术各有千秋,PVTPVT 法成为主流法成为主流.6 2.2.应用场景丰富,应用场景丰富,800V800V 助力碳化硅腾飞助力碳化硅腾飞.8 2.1.2.1.两大类型各司其职,下游应用多点开花两大类型各司其职,下游应用多点开花.8 2.2.800V2.2.800V 快充新趋势,碳化硅加速向上快充新趋势,碳化硅加速向上.10 2.2.1.碳化硅应用于新能源汽车车载模块.10 2.2.2.碳化硅提升充电桩能效,市场缺口大.12 2.2.3.800V 供需齐升,碳化硅成为最优解.14 2.2.4.车企积极布局碳化硅模块.15 2.3.2.3.光伏、轨交需求大,应用渠道进一步拓宽光伏、轨交需求大,应
8、用渠道进一步拓宽.15 2.4.2.4.碳化硅衬底市场空间预测碳化硅衬底市场空间预测.17 3.3.降本提效齐发力,国产迭代加速未来可期降本提效齐发力,国产迭代加速未来可期.19 3.1.3.1.国内厂商国内厂商尺寸迭代加速,助力国产替代尺寸迭代加速,助力国产替代.19 3.2.3.2.大尺寸大尺寸+技术改进推动成本持续下降技术改进推动成本持续下降.21 3.3.3.3.衬底良率提升难,技术铸就高壁垒衬底良率提升难,技术铸就高壁垒.24 4.4.相关标的相关标的.26 4.1.4.1.天岳先进天岳先进.26 4.2.4.2.天科合达天科合达.28 4.4.3.3.三安光电三安光电.29 4.4
9、.4.4.新洁能新洁能.31 4.5.4.5.露笑科技露笑科技.33 5.5.风险提示风险提示.35 图表目录图表目录 图表 1:三代半导体发展历程及应用.4 图表 2:碳化硅性能优势显著.4 图表 3:相同规格的 SiC 基与 Si 基 MOSFET 相比性能提升,尺寸减小.5 图表 4:碳化硅器件成本结构.5 图表 5:碳化硅产业链及国内外相关企业.6 图表 6:三大碳化硅衬底制备方法比较分析.7 图表 7:物理气相传输法制备碳化硅衬底原理示意图.8 图表 8:半绝缘型和导电型衬底的制备和应用.8 图表 9:碳化硅功率器件在下游的应用领域.9 图表 10:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位
10、:亿美元).9 图表 11:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位:百万美元).9 图表 12:不同材料微波射频器件的应用范围.10 图表 13:2018-2025 年全球射频器件市场规模预测.10 图表 14:SiC 器件应用于新能源车载模块.11 图表 15:新能源汽车中使用 SiC 产品节省的成本.12 图表 16:碳化硅在新能源车充电桩上的应用.12 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 3 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表 17:碳化硅在新能源车充电桩上的应用.12 图表 18:2015-2021H1 中国车桩比变化情况.13 图表 1
11、9:截至 2021 年 9 月我国公共充电桩结构占比.13 图表 20:小鹏于 2021 年发布的车端、桩端、站端面向快充的考虑.14 图表 21:车企 800V 快充技术布局.14 图表 22:新能源主要车企对碳化硅的应用.15 图表 23:碳化硅器件应用于光伏逆变器.16 图表 24:2022-2030 全球光伏新增装机预测(GW).16 图表 25:2015-2020 年中国光伏发电累计装机容量变化情况(单位:万千瓦).16 图表 26:轨道交通中碳化硅功率器件占比预测.17 图表 27:碳化硅衬底市场空间推算逻辑.17 图表 28:SiC 在新能源汽车领域市场空间测算.18 图表 29
12、:SiC 整体市场空间测算.18 图表 30:2018 年导电型碳化硅衬底厂商市占率.19 图表 31:国内外厂商研发不同尺寸衬底时间线.20 图表 32:6 英寸衬底产品性能海内外厂商对比.20 图表 33:2021 年全球碳化硅衬底市场份额.21 图表 34:2019 年半绝缘型碳化硅市场份额.21 图表 35:2020 年半绝缘型碳化硅市场份额.21 图表 36:2017-2021 年 650V 的 SiC SBD 与 Si FRD 价格对比(单位:元/A).22 图表 37:2018-2021 年 650V 的 SiC MOSFET 与 Si IGBT 价格对比(单位:元/A).22
13、图表 38:8 英寸衬底相较 6 英寸制造芯片更多,边缘浪费更少.22 图表 39:冷切割工艺及效果图解.23 图表 40:高速抛光的 6 英寸碳化硅晶片外观.24 图表 41:碳化硅晶体生长速率和温度的关系曲线.24 图表 42:各种碳化硅同质异构体生成的条件.25 图表 43:恒普科技电阻晶体生长炉示意图.25 图表 44:世纪金光针对稳定晶型的专利技术设备.26 图表 45:天岳先进研发进程在国内处于前列,产品覆盖全面.27 图表 46:天岳先进在半绝缘型衬底市场位居前列且市占率仍在提高.27 图表 47:天岳先进产能逐年提升.28 图表 48:天科合达产品体系形成良性循环.28 图表
14、49:天科合达核心技术及优势.29 图表 50:2017-2020Q1 天科合达营业收入(单位:亿元).29 图表 51:2017-2020Q1 天科合达归母净利润(单位:亿元).29 图表 52:三安光电产品覆盖面广.30 图表 53:三安光电在碳化硅领域积极布局.30 图表 54:三安光电产业基地分布.31 图表 55:湖南三安建设稳定开展.31 图表 56:常州臻晶未来三年发展规划.32 图表 57:常州臻晶的液相法与市场主流 PVT 法对比.32 图表 58:露笑科技业务涉及碳化硅在内的三个板块.33 图表 59:2019-2021 年露笑科技研发费用及增速.34 图表 60:露笑科技
15、近年来在碳化硅领域积极布局.34 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 4 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 1.1.碳化硅优势显著,衬底为价值链核心碳化硅优势显著,衬底为价值链核心 1.1.1.1.耐高温、高压、高频,碳化硅替代大势所趋耐高温、高压、高频,碳化硅替代大势所趋 第三代半导体材料伴随产业需求应运而生。第三代半导体材料伴随产业需求应运而生。二十世纪五十年代以来,伴随着电子信息网络、光电子、微电子等产业的发展,以硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的一二代半导体材料得到广泛应用,但随着当前新能源汽车、光伏、5
16、G 等新兴产业崛起,一二代半导体材料的性能缺陷逐渐暴露,以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体崭露头角。图表图表 1 1:三代半导体发展历程及应用三代半导体发展历程及应用 资料来源:中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟,东方财富证券研究所 碳化硅可碳化硅可耐高压、高温、高频,助力设备轻量小型化耐高压、高温、高频,助力设备轻量小型化。SiC 的禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射能力强等优势,且器件在关断过程中不存在电流拖尾现象,开关损耗低,可以大幅提高开关频率。碳化硅材料的优越性能使得相同规格的碳化硅基 MOSFET 与硅基 MOSFET 相比,导通
17、电阻降低为 1/200,尺寸减小为 1/10;相同规格的使用 MOSFET 的逆变器与硅基 IGBT 相比,总能量损失小于 1/4。图表图表 2 2:碳化硅性能优势显著:碳化硅性能优势显著 资料来源:今日半导体,东方财富证券研究所 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 5 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 3 3:相同规格的:相同规格的 SiCSiC 基与基与 SiSi 基基 MOSFETMOSFET 相比性能提升,尺寸减小相比性能提升,尺寸减小 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 1.1.2 2.衬底为价值链主导,国内外厂商积
18、极布局衬底为价值链主导,国内外厂商积极布局 碳化硅器件制备难度大,衬底成为价值链主导。碳化硅器件制备难度大,衬底成为价值链主导。碳化硅器件产业链可分为衬底加工外延生长器件设计制造封装等步骤。其中,衬底是所有半导体芯片的底层材料,用于物理支撑、导电、导热;外延是在衬底材料上生长出新的晶层。衬底和外延加工技术难度极大,相比于成熟的硅基半导体工艺,碳化硅器件由于原料的独特物理性质,在制备过程中需要多道工艺,对厂商的技术要求极高。由于碳化硅衬底制备难度最高,同时需要外延工艺来满足器件生产要求,衬底和外延占据价值链主导,成本占比分别达 47%和 23%。图表图表 4 4:碳化硅器件成本结构:碳化硅器件成
19、本结构 资料来源:立鼎产业研究院,东方财富证券研究所 国内企业奋起直追,实现全产业链覆盖。国内企业奋起直追,实现全产业链覆盖。目前整个碳化硅市场中美、日、欧等外商仍占据主导地位。根据 Yole 数据显示,Cree(现 Wolfspeed)、英飞凌、罗姆约占据90%的碳化硅市场份额,其中Cree是碳化硅衬底的主要供应商,占据了一半以上的碳化硅晶片市场。虽然相较于国外市场,我国开展碳化硅方面的研究工作比较晚,但国内目前已经催生出一批优质企业并实现碳化硅制造的全产业链覆盖。目前该领域我国以山东天岳、天科合达、同光晶体、中科钢研等衬底产品竞争优势相对突出。以露笑科技、瀚天天成等外延片优势企业为47%2
20、3%19%5%6%衬底外延前段其他研发费用 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 6 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 代表,竞争优势不断提升。此外,我国也有企业采用 IDM 模式,业务范围涵盖SiC 器件的设计、研发和制造等过程,如扬杰科技、泰科天润、华润微、基本半导体。图表图表 5 5:碳化硅产业链及国内外相关企业:碳化硅产业链及国内外相关企业 资料来源:前瞻产业研究院,今日半导体,东方财富证券研究所 大尺寸降本增效,大尺寸降本增效,6 6 英寸成为主流。衬底尺寸越大,单位衬底可制造的芯英寸成为主流。衬底尺寸越大,单位衬底可制造的芯片数量越多,
21、单位芯片成本越低;衬底尺寸越大,边缘的浪费就越小,有利于片数量越多,单位芯片成本越低;衬底尺寸越大,边缘的浪费就越小,有利于进一步降低芯片的成本。进一步降低芯片的成本。当前 SiC 衬底的尺寸主要有 2 英寸(50mm)、3 英寸(75mm)、4 英寸(100mm)、6 英寸(150mm)、8 英寸(200mm)。在半绝缘型碳化硅市场上,目前主流的衬底规格为 4 英寸;在导电型碳化硅市场,目前主流的衬底规格为 6 英寸,行业领先者 Wolfspeed 已成功研发出 8 英寸产品。1.1.3 3.三大技术各有千秋,三大技术各有千秋,PVTPVT 法成为主流法成为主流 碳化硅晶体加工难,碳化硅晶体
22、加工难,PVTPVT 及及 HTHT-CVDCVD 法更易法更易商业化商业化。SiC 衬底的质量和精度直接影响外延的质量及器件的性能,因此要求晶片表面光滑、无缺陷、无损伤,粗糙度值达纳米级以下。然而,由于 SiC 晶体高硬、高脆、耐磨性好、化学性质极其稳定,使得衬底加工非常困难。目前主流的晶体生长方法有三种:物理气相传输法(PVT);顶部籽晶溶液生长法(TSSG);高温化学气相沉积法(HT-CVD)。其中 TSSG 法生长晶体尺寸较小,目前仅用于实验室,商业化的技术路线主要 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 7 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究
23、 是 PVT 和 HT-CVD。PVT 法是当前工业生产的主要方法,已广泛应用于光电、电力、微波射频领域。三大长晶方法各有千秋,三大长晶方法各有千秋,PVTPVT 法成为法成为主流。主流。TSSG 法作为液相外延法(LPE)的技术模式之一,其晶体径向生长速度相对可控,可以实现无微管缺陷晶体生长,但使用的助溶剂对生长的 SiC 晶体造成严重污染,金属杂质难以控制,且生长缓慢,对材料的要求较高;HT-CVD 法生长晶体纯度较高,可实现近匀速晶体生长,但该方法反应缓慢,耗材成本高,气相物质可同坩埚反应造成气相成分波动,影响生长晶体的质量;PVT法所用关键石墨部件可重复使用20次以上,极大地降低了成本
24、,是目前主流的晶体生长方法。图表图表 6 6:三大碳化硅衬底制备方法比较分析:三大碳化硅衬底制备方法比较分析 物理气相传输法(物理气相传输法(PVTPVT)高温化学气相沉积法(高温化学气相沉积法(HTHT-CVDCVD)顶部籽晶溶液生长法(顶部籽晶溶液生长法(TSSGTSSG)温度 2300-2500 约 2200 1400-1800 晶体尺寸 8 寸 4 寸 4 寸 优点 设备成本低,结构简单 耗材成本低 当前技术成熟 晶体纯度高,缺陷少 掺杂方便 可实现近匀速晶体生长 缺陷密度低 生长速度相对可控 可实现无微管缺陷晶体生长 缺点 生长速度慢 长晶过程中可监控生长参数少 设备昂贵 反应缓慢
25、耗材成本高 原料成本高 生长过程中进气口、排气口易堵塞,设备稳定性低 可监控生长参数少 生长缓慢 对材料要求高 金属杂质难以控制 生长晶体尺寸小 应用现状 可作商业化应用,是当前的主流技术 可作商业化应用 主要应用于实验研究 资料来源:中关村宽禁带功率半导体及应用产业联盟,北方华创公司官网,东方财富证券研究所 PVTPVT 法合理利用法合理利用 SiCSiC 特性,技术具有先进性。特性,技术具有先进性。SiC 材料在常压,高温下不熔化,但在 1800以上的高温时会分解升华成多种气相组分,这些组分运输至较低温度时又会重新结晶生成固相 SiC,PVT 法正是利用了该特性。籽晶处于相对低温区,处于温
26、度较高处的原料发生分解,不经液相态直接产生气相 SixCy物质,这些物质输运到籽晶处形核、长大、结晶形成 SiC 单晶。这一方法较好地利用了 SiC 的特性,是目前 SiC 单晶生长研究最多、最成熟的技术。目前国内外龙头厂商如 Wolf speed、美国二六、天科合达、天岳先进等多采用此方法。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 8 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 7 7:物理气相传输法制备碳化硅衬底原理示意图:物理气相传输法制备碳化硅衬底原理示意图 资料来源:中国粉体网,东方财富证券研究所 2.2.应用场景丰富应用场景丰富,8 800
27、00V V 助力碳化硅腾飞助力碳化硅腾飞 2 2.1.1.两大类型各司其职,下游应用多点开花两大类型各司其职,下游应用多点开花 半绝缘型和导电型衬底半绝缘型和导电型衬底各司其职各司其职。导电型衬底具有低电阻率(1330mcm),通过在衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅同质外延片,可进一步制成肖特基二极管、MOSFET、IGBT 等功率器件,主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通等领域;半绝缘型衬底具有高电阻率(105cm),通过在衬底上生长氮化镓外延层制得碳化硅基氮化镓外延片(GaN-on-SiC),可进一步制成 HEMT 等微波射频器件,应用于 5G 通讯、雷达等领域。图表图表 8 8:半绝
28、缘型和导电型衬底的制备和应用:半绝缘型和导电型衬底的制备和应用 资料来源:天科合达招股书,天岳先进招股书,集微咨询,东方财富证券研究所 碳化硅功率器件性能优异,应用场景广泛。碳化硅功率器件性能优异,应用场景广泛。功率器件用于实现对电能的处理、转换和控制。现有的功率器件大多基于硅材料,其能效和性能已逐渐接近极限。相比之下,碳化硅功率器件能有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求,且经过 30 年的研究开发,碳化硅衬底和功率器件制造技术在 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 9 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 近年逐步成熟,广泛应用于智能电
29、网、新能源汽车、轨道交通、可再生能源开发、工业电机、数据中心、家用电器、移动电子设备等方面。图表图表 9 9:碳化硅功率器件在下游的应用领域:碳化硅功率器件在下游的应用领域 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 新能源强势带动,打开功率器件百亿空间。新能源强势带动,打开功率器件百亿空间。全球范围内新能源车的普及成为功率半导体器件新的增长点。根据 Yole 数据及中商产业研究院预测,2018年和 2021 年碳化硅功率器件市场规模分别约 4 亿美元和 9.3 亿美元,复合增速约 32.4%,按照该复合增速,2022 年市场规模约为 10.9 亿美元。IHS Markit预计到 2027
30、年,碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元,碳化硅衬底的市场需求也将随之大幅增长。图表图表 1010:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位:亿美元)亿美元)图表图表 1111:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位:碳化硅功率器件市场空间及预测(单位:百万美元)百万美元)资料来源:Yole,中商产业研究院,东方财富证券研究所 资料来源:天科合达招股书,IHS Markit,东方财富证券研究所 5G5G 技术全球推广,射频器件增长动力强劲。技术全球推广,射频器件增长动力强劲。微波射频器件是无线通讯的核心,主要包括射频开关、功率放大器等。功率放大器是放大射频信
31、号的器件,直接决定了移动终端和基站的无线通信距离、信号质量。当前 5G 通讯高频、高速、高功率的特点对功率放大器提出了更高的要求,以碳化硅为衬底的氮化镓射频器件同时具备了碳化硅的高导热性和氮化镓在高频段下大功率射频输出的优势,已逐步成为 5G 功率放大器的主流技术。根据 Yole 数据预测,2025年全球射频器件市场将超过 250 亿美元,其中射频功率放大器市场规模将从024689202020212022E 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 10 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 2018 年的 60 亿美元增长至 202
32、5 年的 104 亿美元。随着 5G 市场对碳化硅基氮化镓器件需求的增长,半绝缘型碳化硅晶片的需求量也将大幅增长。图表图表 1212:不同材料微波射频器件的应用范围:不同材料微波射频器件的应用范围 图表图表 1313:20 年全球射频器件市场规模预测年全球射频器件市场规模预测 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 资料来源:天科合达招股书,Yole,东方财富证券研究所 2 2.2 2.8 80000V V 快充新趋势,碳化硅加速向上快充新趋势,碳化硅加速向上 2.2.1.碳化硅应用于新能源汽车车载模块 新能源汽车新能源汽车是是 SiCSiC 功率器件应用的
33、主要驱动力。功率器件应用的主要驱动力。碳化硅功率器件可应用于新能源汽车系统架构中的多个组件和模块,每辆新能源车使用的功率器件价值约 700-1000 美元。从模块来看,碳化硅器件在新能源汽车上的应用主要包括电机驱动系统逆变器、电源转换系统(车载 DC/DC)、电动汽车车载充电系统(OBC):电机驱动系统电机驱动系统:SiC 器件的优势主要在于提升控制器效率、功率密度及开关频率,降低开关损耗,简化电路的热处理系统。SiC 器件的小体积、低散热要求、高工作结温等特性有助于减小电驱动控制器体积。电源转换系统(车载电源转换系统(车载 DCDC/DC/DC):):车载 DC/DC 变换器是将动力电池输出
34、的高压直流电转换为 12V、24V、48V 等低压直流电,为仪表盘、车灯、雨刷、空调、音响、电动转向、ABS、发动机控制、安全气囊等车载低压用电设备和各类控制器提供电能。SiC 器件比 Si 基 MOSFET 更快,比 Si 基 IGBT 功率更大。SiC 功率器件可缩小电路的尺寸,降低重量、缩减无源器件的成本以及对冷却系统的需求,明显降低了整个系统的重量和体积(下降40%-70%)。车载充电系统:车载充电系统:基于 SiC 技术的功率开关管和功率二极管,比 Si 基器件更适合高频、高压和高温的工作环境,车载充电器和充电桩使用 SiC 器件后将充分发挥性能优势,实现充电系统高效化、小型化和高可
35、靠性。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 11 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 1414:SiCSiC 器件应用于新能源车载模块器件应用于新能源车载模块 资料来源:Alpha Power Solutions,东方财富证券研究所 从整车来看,使用 SiC 器件优势显著,可在以下方面助力新能源汽车:提升加速度:提升加速度:新能源汽车的加速性能与动力系统输出的最大功率和最大扭矩密切相关,SiC 技术允许驱动电机在低转速时承受更大输入功率,且不怕电流过大导致的热效应和功率损耗,意味着车辆起步时驱动电机可以输出更大扭矩,强化加速能力。例如,特斯
36、拉发布了全球现阶段最快的量产车型,2.1s 就可完成 0-100km 加速度;比亚迪汉采用 SiC 模块后,输出功率可达 200kW,0-100km 加速度仅为 3.9s。降低系统成本:降低系统成本:虽然 SiC 器件成本略高于硅基器件,但采用 SiC 器件实现了电池成本的大幅下降和续航里程的提升,从而有效降低成本。在新能源汽车上使用 SiC MOSFET 的(90-350)kW 驱动逆变器,器件增加的成本为75-200 美元,然而从电池、无源元器件、冷却系统节省的成本在 525-850美元,相同里程下采用 SiC 逆变器单车可节省至少 200 美元。增加续航里程:增加续航里程:SiC 器件通
37、过导通/开关两个维度降低损耗。SiC 的禁带宽度高于 Si,可实现高浓度掺杂,导致漂移区宽度大幅缩短,在 SiC MOS 器件导通时,正向压降和导通损耗都小于 Si-IGBT;同时,SiC MOSFET 属于单极器件,像一个刚性开关,不存在拖尾电流;且 SiC 的高饱和电子漂移速率也使其降低了开关损耗。结合英飞凌研究数据,在 25结温下,SiC MOS关断损耗大约是 Si-IGBT 的 20%;在 175结温下,SiC-MOS 关断损耗仅为Si-IGBT 的 10%。实现轻量化:实现轻量化:以罗姆公司设计的 SiC 逆变器为例,使用 SiC 模组后,主逆变器尺寸降低 43%,重量降低 6kg。
38、20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 12 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 1515:新能源汽车中使用:新能源汽车中使用 SiCSiC 产品节省的成本产品节省的成本 资料来源:Wolfspeed 2019 年投资者报告,东方财富证券研究所 2.2.2.碳化硅提升充电桩能效,市场缺口大 碳化硅是当前满足市场对充电桩性能需求的最优解。碳化硅是当前满足市场对充电桩性能需求的最优解。电动汽车直流快速充电桩绕过车载充电器,直接向电池提供快速直流电。直流快速充电桩由交直流级和直流-直流级拓扑组成,如何缩短充电时间,同时优化系统效率是当前市场对其主要
39、关注点,在设计这些系统时必须考虑组件的选择、电压范围、负载要求、运行成本、温度、坚固性和环境保护以及可靠性。SiC 组件提高了充电桩的最高工作温度,可承载的最大电压和整体功率密度,降低了传导损失及电流泄露,相比传统 Si 基 IGBT 性能更优。为了充分实现这些优点,当前主流厂商如 Wolfspeed 等向市场提供不同的转换器拓扑结构方案,可实现充电桩模块化、双向性、满负荷运行效率和高功率密度的需求,而 SiC 组件当前越来越成为这些快速充电桩设计和转换器拓扑结构的最佳选择。图表图表 1616:碳化硅在新能源车充电桩上的应用:碳化硅在新能源车充电桩上的应用 图表图表 1717:碳化硅在新能源车
40、充电桩上的应用:碳化硅在新能源车充电桩上的应用 资料来源:Wolfspeed,东方财富证券研究所 资料来源:与非网,东方财富证券研究所 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 13 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 新能源新能源车数量增速高于充电桩,我国充电桩市场缺口大。车数量增速高于充电桩,我国充电桩市场缺口大。据中国充电联盟数据,截至 2020 年底,我国新能源汽车保有量和充电桩数量分别为 492 万辆和 168.1 万台,车桩比为 2.93:1。随着新能源汽车销量爆发,截至 2021 年 6月,我国新能源汽车保有量为 603 万辆,半年内增速
41、22.6%,但同期全国充电桩数量为 194.7 万台,半年内只增长了 15.8%,车桩比下降到 3.1:1。根据国家发改委、能源局、工信部和住建部发布的电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)中提出的车桩比 1:1 的目标,我国充电桩数量还存在巨大的缺口。图表图表 1818:2 2H H1 1 中国车桩比变化情况中国车桩比变化情况 资料来源:前瞻产业研究院,东方财富证券研究所 直流充电桩占比直流充电桩占比不足半数,不足半数,市场缺口市场缺口扩大成为碳化硅扩大成为碳化硅机遇。机遇。除了车桩比导致的需求缺口,目前我国充电桩主要以充电速率较低的交流充电桩为主。
42、截至2021 年 9 月,我国充电联盟内成员单位总计上报公共类充电桩 104.4 万台,环比增加 5.95 万台,其中直流充电桩 42.8 万台、交流充电桩 61.6 万台、交直流一体充电桩 414 台。市场对于直流快充充电桩的现实需求,结合 2021 年 9月底 40.98%的比例,进一步为碳化硅器件的应用打开了市场空间。图表图表 1919:截至:截至 2 2021021 年年 9 9 月我国公共充电桩结构占比月我国公共充电桩结构占比 资料来源:华经情报网,东方财富证券研究所 6.364.293.243.023.132.933.0182019202
43、02021H1交流电充电桩,58.98%直流电充电桩,40.98%交直流一体,0.04%20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 14 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 2.2.3.800V 供需齐升,碳化硅成为最优解 需求端,需求端,充电问题造成的“里程焦虑”阻碍电动汽车推广充电问题造成的“里程焦虑”阻碍电动汽车推广。市场上续航 700公里甚至 1000 公里的电动车越来越多,工况下续航里程已开始逐步超越纯燃油车,但用户仍有“里程焦虑”。一方面,我国的车桩比难以匹配需求,另一方面,当前车载充电及充电桩效率仍待提高。根据易观分析发布的中国电动汽车公共充
44、电服务市场发展研究报告(2022),在 1000 名新能源车主中,85%的车主在公共充电站平均单次充电时长在 0.5-2 小时,58.1%的车主认为充电配对耗时长,“补能时间长”成为电动车车主们普遍遭遇的难题。这为 800V 超级快充创造了广阔的市场。供给端,供给端,8 80000V V 超级快充超级快充加速覆盖。加速覆盖。根据公式 P=U*I(功率=电压*电流),功率不变的情况下,电压从 400V 增加到 800V 时电流会减少为原来的一半。在这个条件下,车企可以将电缆和电线做的更小更轻,从而减少昂贵且笨重的铜的消耗。因此,当前特斯拉、小鹏、阿维塔、长城、比亚迪等大部分车企愈加重视布局超级快
45、充系统。图表图表 2020:小鹏于:小鹏于 2 2021021 年发布的车端、桩端、站端面向快充的考虑年发布的车端、桩端、站端面向快充的考虑 资料来源:华夏 EV,东方财富证券研究所 图表图表 2121:车企车企 8 80000V V 快充技术布局快充技术布局 公司公司 时间时间 形式形式 电压电压 功率功率 电流电流 续航续航 保时捷 2018-06 车型、充电桩 800V 350kW 15 分钟充 80%电 现代 2020-12 平台 800V 14 分钟充 80%电 比亚迪 2021-04 车型、平台 800V 充电 5 分钟,续航 150 公里 充电 10 分钟,续航 300 公里 极
46、氪 2021-04 车型 800V 360kW 充电 5 分钟,续航 120 公里 长城 2021-11 车型 800V 400kW 600A 充电 10 分钟,续航 400 公里 北汽极狐 2021-04 车型 800V 充电 10 分钟,续航 200 公里 广汽埃安 2021-08 充电桩 1000V(峰值)480kW 600A 充电 5 分钟,续航 200 公里 东风岚图 2021-10 平台、充电桩 800V 360kW 600A 充电 10 分钟,续航 400 公里 小鹏 2021-10 车型、充电桩 800V 480kW 670A 充电 5 分钟,续航 200 公里 长安 2021
47、-08 平台 800V 300kW 充电 10 分钟,续航 200 公里 理想 预计 2022 平台 800V 400kW 资料来源:各公司官网,汽车之家,太平洋汽车,华夏 EV,东方财富证券研究所 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 15 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 2.2.4.车企积极布局碳化硅模块 车企积极布局,碳化硅车企积极布局,碳化硅成为新趋势。成为新趋势。由于碳化硅的优势及旺盛的市场需求,汽车厂商投入使用碳化硅的积极性高,在该领域相继布局。以新能源车型为主的特斯拉、比亚迪、蔚来等厂商,以及丰田、现代、上汽等都相继发布搭载碳化硅技
48、术的新能源车型,我们认为这一趋势还将延续。图表图表 2222:新能源主要车企对碳化硅的应用:新能源主要车企对碳化硅的应用 厂商厂商 碳化硅应用碳化硅应用 特斯拉 2018年在Model 3车型创新性地采用了意法半导体推出的 650V SiC MOSFET逆变器,之后又分别在Model Y 和 Model S Plaid 车型上使用 SiC 技术。比亚迪 汉首次使用了比亚迪自主研发制造的高性能碳化硅功率模块,也是全球首家、国内唯一实现在电机驱动控制器中大批量装车的 SiC 三相全桥模块。目前已在汉、唐四驱等车型上大批使用 SiC 模块。蔚来 2021 年发布 ET7,是蔚来首款使用 SiC 功率
49、模块的车型,目前已在 ET7、ET5 和 ES7 上使用 SiC 技术。吉利 2022 年 4 月发布的 smart 精灵#1 采用了 SiC MOSFET 2022 年 11 月发布纯电动车极氪 009,搭载了 SiC 电驱系统 丰田 旗下的雷克萨斯 RZ 采用 SiC MOSFET 现代 旗下的 IONIQ6 等采用 SiC MOSFET 小鹏 2021 年 11 月发布小鹏 G9,这是国内第二款采用 SiC 的量产车型 上汽 ID.4X 搭载臻驱科技碳化硅 SiC 电控的“三合一”电驱动系统 理想 正在自研 480 千瓦级别的超级快充平台,其中包括整车 850V 以上的变压平台,以及基于
50、碳化硅的电驱动系统等。资料来源:各公司官网,行业新闻,东方财富证券研究所 2 2.3 3.光伏、轨交需求大,应用渠道进一步拓宽光伏、轨交需求大,应用渠道进一步拓宽 提升转换效率是光伏行业一直在探索的问题提升转换效率是光伏行业一直在探索的问题。光伏发电是当前利用可再生能源的重要形式,在这个过程中,光子被半导体材料(例如掺杂的硅)吸收,它们的能量将电子激发出其分子或原子轨道,然后将多余的能量作为热量散失并返回其轨道,或传播到电极形成电流。但是与所有能量转换一样,这个过程中存在能量散失和效率转换问题,而提高效率的关键点之一是逆变器的设计。逆变器是效率提升的关键,碳化硅成为首选。逆变器是效率提升的关键
51、,碳化硅成为首选。光伏逆变器将太阳能电池阵列的直流电转换为交流电,以直接消耗或通过电网传输。使用碳化硅功率器件的光伏逆变器的系统转换效率能够稳定保持在 96%以上,甚至 99%,能量损耗及设备使用寿命也得到不同程度的优化。当前碳化硅功率器件已被批量使用在光伏逆变系统中,例如升压电路(Boost),逆变器等都大量使用碳化硅肖特基二极管(SBD)或碳化硅 MOSFET。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 16 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 2323:碳化硅器件应用于光伏逆变器:碳化硅器件应用于光伏逆变器 资料来源:芯干线科技,东方财富证
52、券研究所 光伏市场爆发,碳化硅需求进一步扩大光伏市场爆发,碳化硅需求进一步扩大。根据国际能源署(IEA)的预测,到 2024 年,可再生能源中有 60%将是太阳能光伏。从全球趋势来看,俄乌冲突,疫情形势等不确定性因素都加速了全球对能源转型的需求。根据彭博新能源金融数据,2021 年全球光伏新增装机量为 183GW,到 2030 年这一数字预计达到334GW,年复合增长率为 6.91%。从中国来看,当前“碳中和”的目标将进一步提高国内市场对可再生能源的需求,我国光伏发电累计装机容量由 2015 年的4318 万千瓦增长至 2020 年的 25300 万千瓦,复合增速 42.42%。光伏市场的快速
53、发展进一步创造了对碳化硅的需求。图表图表 2424:2 2 全球光伏新增装机预测(全球光伏新增装机预测(GWGW)图表图表 2525:2 2 年中国光伏发电累计装机容量年中国光伏发电累计装机容量变化情况(单位:万千瓦)变化情况(单位:万千瓦)资料来源:BNEF,东方财富证券研究所 资料来源:前瞻经济学人,东方财富证券研究所 轨道交通细分领域广,牵引变流器是轨道交通细分领域广,牵引变流器是核心。核心。轨交车辆在运行状态上可分为干线机车、城市轨道车辆、高速列车,其中城市轨道车辆和高速列车是未来发展的主要动力。轨道交通车辆中大量应用功率半导
54、体器件,其牵引逆变器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机都有使用碳化硅的需求,其中牵引逆变器是机车大功率交流传动系统的核心装备。碳化硅多维度提升牵引逆变器性能,市场预期乐观。碳化硅多维度提升牵引逆变器性能,市场预期乐观。将碳化硅器件应用于轨道交通牵引逆变器能提高装置效率,符合轨道交通大容量、轻量化和节能型05000000025000300002001820192020 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 17 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 牵引变流装置的需求。据中车株洲所与深圳地
55、铁集团装车测试,比起传统硅基IGBT 牵引逆变器的传动系统,碳化硅牵引逆变器地综合能耗降低 10%以上,牵引电机在中低速段噪声同比下降 5 分贝以上,温升同比降低 40以上。根据CASA 预测,到 2050 年,碳化硅功率器件在轨道交通领域的占比将持续提升。图表图表 2626:轨道交通中碳化硅功率器件占比预测:轨道交通中碳化硅功率器件占比预测 资料来源:中商情报网,CASA Research,东方财富证券研究所 2 2.4 4.碳化硅衬底市场空间预测碳化硅衬底市场空间预测 基于上述分析,我们对 SiC 衬底的市场空间进行了测算。我们将在考虑增速的基础上通过全球新能源乘用车销量、SiC 衬底渗透
56、率推算搭载 SiC 的新能源车数,基于每台新能源车消耗衬底数、衬底价格推算碳化硅在新能源车的市场空间。最终我们结合碳化硅在新能源汽车中的应用占比推算其整体市场空间。图表图表 2727:碳化硅衬底市场空间推算逻辑:碳化硅衬底市场空间推算逻辑 资料来源:东方财富证券研究所 全球新能源乘用车数量:据 EVTank、中国电池产业研究院数据,2021 年全球新能源乘用车销量达 670 万辆。据乘联会披露,2022 年前三季度新能源乘用车销量达 696 万辆,同比增长 69%,我们假设 2022 年新能源乘用车增速为 70%,之后逐年下降。搭载 SiC 的新能源车渗透率:根据 Trend bank 数据及
57、华为预计,到 202598%70%30%10%2%17%35%30%5%20%40%8%15%20%0%20%40%60%80%100%120%20050硅基IGBT器件混合碳化硅器件全碳化硅器件碳化硅分立器件 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 18 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 年新能源汽车用碳化硅功率器件渗透率将达到 45%,2030 年将超过 80%,我们假设每年增速 7%。单车消耗衬底:特斯拉作为主流新能源车厂,较早切入 SiC 模块,因此我们采用特斯拉使用 SiC 的情况作为参考。当前特斯拉每辆汽车共有 48
58、 个SiC MOSFET 裸片,约为 0.2 片 6 英寸 SiC 衬底,主要应用于主逆变器电源。随着 SiC 在 OBC、充电器、充电桩等模块的普及,预计未来平均 2 辆特斯拉纯电动车就需要一片 6 英寸 SiC 衬底,即单车消耗 0.5 片。单片衬底价格:行业龙头 Wolfspeed 占据当前全球逾 60%的市场份额,因此我们采用其价格展开测算。Wolfspeed单片6英寸衬底每片约1000美元,约 7200 元。我们将假设两种价格降幅情景进行测算。图表图表 2828:SiCSiC 在新能源汽车领域市场空间测算在新能源汽车领域市场空间测算 2 2021021 2 2022022E E 2
59、2023023E E 2 2024024E E 2 2025025E E 2 2026026E E 2 2027027E E 全球新能源汽车数(万辆)670 1139 1765 2472 3213 3856 4434 增速 70%55%40%30%20%15%SiC 渗透率 17%24%31%38%45%52%59%搭载 SiC 的新能源车数(万辆)114 273 547 939 1445 2005 2616 单车使用 SiC 数 0.25 0.3 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 SiC 衬底需求量(万片)29 82 219 470 723 1002 1308 单片衬底价格(元)情景一
60、 7200 6480 5832 5249 4829 4443 4088 情景二 7200 6120 5202 4422 3847 3347 2912 市场规模(亿元)情景一 20.88 53.14 127.72 246.70 349.14 444.39 534.71 CAGR:71.68%情景二 20.88 50.18 113.92 207.83 278.14 335.37 380.89 CAGR:62.25%资料来源:东方财富证券研究所测算 注:情景一为单片衬底价格 2022-2024 年每年下降 10%,2025-2027 年每年下降 8%情景二为单片衬底价格 2022-2024 年每年下
61、降 15%,2025-2027 年每年下降 13%根据 Yole 数据,2021 年碳化硅在新能源汽车市场中的应用占比约为62.84%,2027 年预计增长至 79.18%,我们假设这一占比以每年 2.72%的速度增长,并结合以上测算对 SiC 衬底未来整体的市场规模进行测算。图表图表 2929:SiCSiC 整体市场空间测算整体市场空间测算 2 2021021 2 2022022E E 2 2023023E E 2 2024024E E 2 2025025E E 2 2026026E E 2 2027027E E SiC 在新能源车领域的市场规模(亿元)情景一 20.88 53.14 127
62、.72 246.70 349.14 444.39 534.71 情景二 20.88 50.18 113.92 207.83 278.14 335.37 380.89 SiC 在系能源汽车市场应用占比 62.84%65.56%68.28%7100%73.72%76.44%79.18%SiC 整体市场空间(亿元)情景一 33.23 81.06 187.05 347.46 473.60 581.36 675.31 CAGR:65.19%情景二 33.23 76.54 166.84 292.72 377.29 438.74 481.04 CAGR:56.11%资料来源:东方财富证券研究所测算 注:情景
63、一为单片衬底价格 2022-2024 年每年下降 10%,2025-2027 年每年下降 8%情景二为单片衬底价格 2022-2024 年每年下降 15%,2025-2027 年每年下降 13%20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 19 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 据测算,SiC 在新能源车的市场规模 2027 年将分别在单片衬底价格每年下降 8%-10%和 13%-15%的情况下达到 534.71 亿元和 380.89 亿元,年复合增速为71.68%和 62.25%;SiC 整体市场空间将分别达到 675.31 亿元和 481.04 亿元,
64、年复合增速分别为 65.19%和 56.11%。测算风险提示:(1)消费低迷导致新能源汽车数量增速不及预期;(2)成本降幅低导致 SiC 渗透率不及预期;(3)技术迭代难度高导致 SiC 模块上车进程减缓,SiC 需求量不及预期。3.3.降本提效齐发力,国产迭代加速未来可期降本提效齐发力,国产迭代加速未来可期 国产碳化硅产品在国内大规模普及和应用面临国外厂商主导、成本、良率三大问题,但近年来随着学术界与业界的技术迭代以及国内厂商的高速发展,这三大问题有所缓解,且发展趋势仍然向好。3 3.1 1.国内厂商尺寸迭代加速,助力国产替代国内厂商尺寸迭代加速,助力国产替代 问题一问题一:我国碳化硅起步晚
65、,市场仍被海外厂商主导我国碳化硅起步晚,市场仍被海外厂商主导。当前,碳化硅衬底晶片产业仍是美国全球独大。以导电型晶片为例,2018 年美国占全球产量的70%以上,仅 Wolf speed 就占据一半以上的市场份额,其他份额大部分被日本和欧洲厂商如罗姆、道康宁等占据。相比之下,我国碳化硅研究从 20 世纪 90年代末才起步,发展之初受产能及技术限制,难以开展工业化生产,因此研发及工业化起步晚,目前仍处下风。图表图表 3030:2 2018018 年导电型碳化硅衬底厂商市占率年导电型碳化硅衬底厂商市占率 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 大尺寸产品迭代加速,国内厂商迎头赶上。大尺寸产品
66、迭代加速,国内厂商迎头赶上。虽然我国厂商起步晚,但产品迭代速度较海外厂商更快。海外龙头 Wolfspeed 是全球较早进行碳化硅研发与生产的厂其,其 1991 年首次研发成功 2 英寸衬底,1999 年研发成功 4 英寸衬 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 20 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 底,并经过 11 年于 2010 年研发成功 6 英寸衬底,这也是当前的主要尺寸。相比之下,我国碳化硅衬底领先企业天科合达与天岳先进在 4 英寸到 6 英寸的迭代上历时更短,分别为 3 年和 4 年,远远小于 Wolf speed。在 8 英寸上,Wo
67、lf speed 及其他海外龙头如 II-VI、罗姆等于 2015 年成功研发;天科合达于 2020年 1 月开始研发进程,天岳先进于 2022 年 9 月在 ICSCRM 2022 会议上宣布 8英寸研发顺利,结晶质量良好。我国与海外龙头厂商的差距正在逐渐缩小。图表图表 3131:国内外厂商研发不同尺寸衬底时间线:国内外厂商研发不同尺寸衬底时间线 资料来源:中国粉体网,天岳先进招股书,天科合达招股书,东方财富证券研究所 高速与高品质双保证,国内厂商高效研发高速与高品质双保证,国内厂商高效研发。国内厂商在产品尺寸加速迭代的同时,还能保证产品的高质量研发与生产。国内厂商如天岳先进、天科合达,其披
68、露的微管密度、电阻率范围、弯曲度等产品参数均可与海外龙头厂商对标。图表图表 3232:6 6 英寸衬底产品性能海内外厂商对比英寸衬底产品性能海内外厂商对比 产品性能产品性能 天岳先进天岳先进 天科合达天科合达 WolfspeedWolfspeed IIII-VIVI 半绝缘型衬底半绝缘型衬底 直径 150.0 mm 0.2 mm 150.0 mm 0.0/-0.5 mm 150.0 mm 0.25 mm 未披露 微管密度 0.5 cm-2 5 cm-2 未披露 0.1 cm-2 多型面积 不允许 不允许 5%(面积)未披露 电阻率范围 1108 cm 1109 cm 1106 cm 11011
69、cm 总厚度变化 10m 6m 10m 未披露 弯曲度(绝对值)25m 30m 未披露 未披露 翘曲度 40m 40m 40m 未披露 导电型衬底导电型衬底 直径 150.0 mm 0.2mm 150.0 mm 0.0/-0.5 mm 150.0 mm 0.25 mm 未披露 微管密度 0.5 cm-2 2 cm-2 1 cm-2 0.1 cm-2 多型面积 不允许 不允许 5%(面积)未披露 电阻率范围 0.015-0.025cm 0.015-0.025cm 0.015-0.028cm 约 0.02cm 总厚度变化 10m 6m 10m 未披露 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明
70、敬请阅读本报告正文后各项声明 21 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 弯曲度(绝对值)25m 30m 未披露 未披露 翘曲度 40m 40m 40m 未披露 资料来源:天岳先进招股书,东方财富证券研究所 国内厂商市占率稳健提升。国内厂商市占率稳健提升。随着国内外产品差距缩小,我国厂商市占率也稳健提升。一方面,根据 Wolfspeed 数据,截至 2021 年 11 月,我国厂商天科合达已成为全球第五大衬底提供商;另一方面,在导电型细分市场,我国厂商天岳先进截至 2020 年底已占据近 1/3 的份额,且市占率仍呈快速上升趋势。图表图表 3333:2 2021021 年全球碳化硅衬底市场
71、份额年全球碳化硅衬底市场份额 资料来源:Wolfspeed 2021 年投资者报告,东方财富证券研究所 图表图表 3434:2 2019019 年半绝缘型碳化硅市场份额年半绝缘型碳化硅市场份额 图表图表 3535:2 2020020 年半绝缘型碳化硅市场份额年半绝缘型碳化硅市场份额 资料来源:天岳先进招股书,东方财富证券研究所 资料来源:天岳先进招股书,东方财富证券研究所 3 3.2 2.大尺寸大尺寸+技术改进推动成本持续下降技术改进推动成本持续下降 问题二问题二:与硅基器件相比成本高与硅基器件相比成本高。虽然使用碳化硅器件相较于硅基器件有助于系统的轻量化、高效化,最终可以节约成本,但当前 S
72、iC 器件的高成本依旧是制约行业发展的瓶颈之一。由于 SiC 衬底生产效率较低,其成本比硅晶片高,再加上后期外延、芯片制造与器件封装的成品率较低,导致 SiC 器件价格居高不下。根据行业预测,目前碳化硅 MOSFET 的批量化价格仍旧是硅基 IGBT的 3-5 倍。62%14%13%5%4%2%WolfspeedII-VISiCrystalSK Siltron天科合达其他42%27%18%14%WolfspeedII-VI天岳先进其他33%35%30%3%WolfspeedII-VI天岳先进其他 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 22 电子设备行业专题
73、研究电子设备行业专题研究 SiCSiC 降价趋势明显,与降价趋势明显,与 SiSi 基器件价差基器件价差缩小。缩小。虽然当前 SiC 器件价格仍然较高,但整体呈下降趋势,且与硅基器件价差逐渐缩小,如 2017-2021 年,650V的 SiC SBD 与 Si FRD 的价差由 2.7 倍缩小至 1.5 倍;2018-2021 年,650V 的SiC MOSFET 与 Si IGBT 的价差由 10.5 倍缩小至 6.7 倍。随着碳化硅与硅基器件的价差缩小,高昂成本将不再是其应用阻碍。图表图表 3636:2 2 年年 6 65050V V 的的 SiCSiC SB
74、DSBD 与与 SiSi FRDFRD价格对比(单位:元价格对比(单位:元/A/A)图表图表 3737:2 2年年6 65050V V的的SiCSiC MOSFETMOSFET与与SiSi IGBTIGBT价格对比(单位:元价格对比(单位:元/A A)资料来源:CASA,东方财富证券研究所 资料来源:CASA,东方财富证券研究所 碳化硅功率器件未来仍可通过多种方法降低成本,当前也有诸多实践,包括:(1)扩大衬底尺寸,加速推动其产业化(2)通过改进切、磨、抛及封装技术降低器件成本:扩大衬底尺寸:扩大衬底尺寸:2021 年 ST 成功制造出 8 英寸 SiC 晶圆,此
75、前国际上已有Wolfspeed、II-VI、罗姆、英飞凌等先后宣布于 2025 年前后量产 8 英寸SiC 衬底。国内方面天岳先进 8 英寸衬底研发顺利,天科合达也进入研发阶段。衬底尺寸越大,一片衬底可制作的器件数量越多,且边缘浪费比例越低,使用效率越高。据 Wolfspeed 披露,8 英寸衬底相比于 6 英寸衬底可多加工近一倍的芯片数量,且边缘浪费率降低 7%。图表图表 3838:8 8 英寸衬底相较英寸衬底相较 6 6 英寸制造芯片更多,边缘浪费更少英寸制造芯片更多,边缘浪费更少 资料来源:Wolfspeed 2021 年投资者报告,东方财富证券研究所 018201
76、920202021650V SiC SBD650V Si FRD050V SiC MOSFET650V Si IGBT 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 23 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 改进后续工序:改进后续工序:碳化硅相较硅具有生长慢、晶圆小、材质硬、切割难度大等特点,对成本和产能造成较大影响。SiCSiC 冷切割技术和高速抛光工艺可冷切割技术和高速抛光工艺可以提高晶圆以提高晶圆加工效率:加工效率:(1)在切割工艺上,2021 年英飞凌宣布其首款采用“冷切割”技术的SiC 获得生产资格,冷切
77、割的工艺步骤为:用专利激光技术定义材料分裂范围用专用聚合物涂覆材料控制系统冷却诱导应力精准分裂材料化学清洗聚合物涂层并研磨基材。这一技术创新可以将 SiC 晶圆产能提升三倍以上,同时每片晶圆损失低至80m,且晶圆减薄仅需几分钟,可节省 90%材料。以单个 20 毫米SiC 晶锭为例,采用线锯可生产 30 片 350m 的晶圆,而采用冷切割可生产 50 多片晶圆;由于冷切割生产的晶圆几何特性更好,单片晶圆厚度可减小到 200m,进一步增加晶圆数量,使单个 20 毫米的 SiC 晶锭可生产 80 多片晶圆;若再结合冷切割背面减薄技术和回收残留晶圆,晶圆数量可高达 100 片,约为原来数量的 3 倍
78、以上,最终为器件提供更多的材料,提高生产效率,降低成本。图表图表 3939:冷切割工艺及效果图解:冷切割工艺及效果图解 资料来源:中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟,东方财富证券研究所 (2)在抛光工艺上,日本产业技术综合研究所开发出高速抛光技术,其镜面抛光速度比以往快 12 倍,可大幅缩减加工时间;同时,传统抛光方式只能单片研磨,该技术可以同时多片加工,且相较于传统技术,该技术不需要研磨液,只需要水,也可进一步节省材料成本。除此以外,应用材料公司推出用于 8 英寸 SiC 晶圆生产的化学机械抛光(CMP)和热离子注入系统,使每片晶圆芯片产量大约翻一倍。20172017 敬请阅读本报告正文后各
79、项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 24 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 4040:高速抛光的:高速抛光的 6 6 英寸碳化硅晶片外观英寸碳化硅晶片外观 资料来源:第三代半导体风向,东方财富证券研究所 3 3.3 3.衬底良率提升难,技术铸就高壁垒衬底良率提升难,技术铸就高壁垒 问题三问题三:衬底:衬底良率良率有待提升,技术要求高。有待提升,技术要求高。碳化硅由碳粉和硅粉最终生成半导体晶片,需要在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长,同时控制各项参数指标是复杂的工程。随着碳化硅衬底尺寸的增大及参数要求的提高,生产参数的定制化设定和动态控制难度也进一步提升。因此提升产
80、品良率,稳定量产各性能参数指标波动幅度较低的高品质晶片的技术难度很大:其一,其一,温度对长晶效果影响大温度对长晶效果影响大。碳化硅晶体需在 2000以上的高温环境中生长,且需精确调控温度,但由于 SiC 粉料挥发等原因,很难做到精确控制。当前国内 SiC 晶体生长炉几乎都是感应发热,感应发热晶体生长炉具有投资低、结构简单、维护便利、热效率高等优点,但也存在均匀热场建立难度高,热场温度容易受到外部环境扰动的劣势。随着 8 英寸时代的到来,坩埚的直径增加,而感应线圈只能加热坩埚的表面,从而导致不同位置的径向温度梯度随之增大,这将对原料分解、晶体面型、热应力等产生影响,从而影响晶体生长质量。图表图表
81、 4141:碳化硅晶体生长速率和温度的关系曲线:碳化硅晶体生长速率和温度的关系曲线 资料来源:洪涛等 碳化硅晶体生长的分子动力学模拟研究,东方财富证券研究所 其二,晶型控制难度大。其二,晶型控制难度大。碳化硅存在 250 余种同质异构体,其中六方结构 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 25 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 的 4H 型(4H-SiC)等少数几种晶体结构的单晶型碳化硅才是所需的半导体材料。在碳化硅单晶生长过程中需精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率及气流气压等参数,否则容易产生出多晶型夹杂,导致产出的晶体不合格。图表图表
82、4242:各种碳化硅同质异构体生成的条件:各种碳化硅同质异构体生成的条件 资料来源:基本半导体,东方财富证券研究所 温度控制上国内已有新进展。温度控制上国内已有新进展。2022 年 6 月国内宽禁带半导体设备供应商恒普科技推出石墨发热的 SiC 电阻晶体生长炉,采用了轴径分离和温度闭环控制技术。轴径分离可以使长晶设备对轴向温度梯度和径向温度梯度分别进行高精度控制;温度闭环控制相比传统晶体生长采用功率控制的方法,可以将温度的测量精度大幅度提高并保持高度稳定,在晶体生长的全周期采用温度控制;同时,石墨热场发热的晶体生长炉也具有温度稳定、过程可重复以及温度场可控的特点,适用于大尺寸碳化硅晶体的生长。
83、图表图表 4343:恒普科技电阻晶体生长炉示意图:恒普科技电阻晶体生长炉示意图 资料来源:公司官网,东方财富证券研究所 控制晶型,需解决控制晶型,需解决饱和度不均造成的小面附近晶型改变问题。饱和度不均造成的小面附近晶型改变问题。国内外研究人员对 PVT 法 SiC 晶体生长多型控制做了大量研究,在碳化硅单晶生长过程中,晶体分为三个区域:小面区,非小面区,过渡区(小面边缘区域)。由于 PVT法存在饱和度在晶面分布不均的现状,从而会造成小面或过渡区局部台阶宽化,因此在较宽的台阶上产生 2D 成核,该 2D 成核会沿着基面扩展,从而覆盖整个 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报
84、告正文后各项声明 26 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 晶面,在不恰当的热场条件下,该多型可能会沿着晶体生长方向生长,使得原有晶型被完全改变。为了避免小面及附近生长多型,需要做到以下 4 点:(1)生长恒温初期保持小面和过渡区饱和度均匀;(2)生长中后期严格控制界面为微凸界面;(3)需要考虑不同尺寸衬底的适用模式;(4)针对生长的不同厚度晶锭的适用性。针对晶型控制,国内已有专利针对晶型控制,国内已有专利设备。设备。2021 年 7 月,国内功率器件厂商世纪金光公开一项专利,该技术提供一种稳定大尺寸碳化硅晶型稳定的生长方法,在生长初期在籽晶近生长界面通入保护气体,均匀小面及小面附近的料
85、源饱和度,从而避免小面及附近台阶宽化,有助于减少异晶型在宽台阶上产生 2D 成核的可能性,提高晶体稳定性。除此之外,在生长后期,该技术在小面附近增加气流的基础上增加籽晶轴向提拉及旋转,从而控制界面形状稳定,维持饱和度均一,保持晶型稳定。该技术装置可以应用在 4-6 英寸甚至更大尺寸及不同切割偏角的晶体生长中,大幅度维持小面及附近晶型的稳定性,以获得高质量碳化硅单晶晶体。图表图表 4444:世纪金光针对稳定晶型的专利技术设备:世纪金光针对稳定晶型的专利技术设备 资料来源:中国专利之星系统,东方财富证券研究所 4.4.相关标的相关标的 4 4.1 1.天岳先进天岳先进 国内国内衬底先行者,产品有序
86、推出。衬底先行者,产品有序推出。天岳先进专注于碳化硅单晶衬底的研发、生产和销售,产品广泛应用于微波电子、电力电子等领域。当前公司的主要产品包括 2-6 英寸的半绝缘型衬底和导电型衬底,较早在国内实现了 4 英寸半绝缘型碳化硅衬底的产业化,同时完成了 6 英寸导电型碳化硅衬底的研发并开始小批量销售,当前在 8 英寸衬底方面研究进展顺利。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 27 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 4545:天岳先进研发进程在国内处于前列,产品覆盖全面:天岳先进研发进程在国内处于前列,产品覆盖全面 资料来源:天岳先进招股书,东
87、方财富证券研究所 公司公司收入可观,半绝缘型收入可观,半绝缘型市占率进入全球第一梯队。市占率进入全球第一梯队。公司 2021 年实现营业收入 5.42 亿元,较 2020 年增长 9.07%,2022 年上半年公司实现营收 1.61亿元。公司主营业务收入主要来自于半绝缘型衬底,目前具备半绝缘型碳化硅生产能力的国外公司主要有 Wolfspeed 及 II-VI,在海外厂商仍占据主导地位的现状下,近年来天岳先进市占率大幅提升,已进入全球第一梯队,直接与国外巨头竞争。2020 年,公司市占率较 2019 年增长 12 个百分点,位列世界前三,大大缩小了与国外竞争厂商的差距。图表图表 4646:天岳先
88、进在半绝缘型衬底市场位居前列且市占率仍在提高:天岳先进在半绝缘型衬底市场位居前列且市占率仍在提高 年度年度 市场占有率市场占有率 代码代码 WolfspeedWolfspeed IIII-VIVI 天岳先进天岳先进 其他其他 合 计 市 场合 计 市 场规模(百万规模(百万美元)美元)2019 年 42%27%18%14%154.09 2020 年 33%35%30%3%181.65 资料来源:天岳先进招股说明书,东方财富证券研究所 产能有节奏地释放产能有节奏地释放,助推公司实现“半绝缘助推公司实现“半绝缘+导电”双主线。导电”双主线。公司碳化硅衬底产能 2018 年、2019 年及 2020
89、 年分别为 11571 片、19983 片及 48064 片,增速较快;产能利用率分别为 99.07%、100.88%、98.91%,达产情况乐观。在产销方面,三年的产销率分别为 99.42%,96.69%及 81.76%。2021 年,公司“碳化硅半导体材料项目”在上海临港开工建设,主要用于生产 6 英寸导电型衬底,该项目预计于 2022 年下半年实现一期投产,2026 年达产,达产后将新增产能约 30 万片/年。该项目产能陆续释放将助推公司实现“半绝缘+导电”两类产品业务布局逐渐完善,打开利润空间。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 28 电子设备行
90、业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 4747:天岳先进产能逐年提升:天岳先进产能逐年提升 项目项目 2 2020020 年年 2 2019019 年年 2 2018018 年年 产能(片)48064 19983 11571 产量(片)47538 20159 11463 产能利用率 98.91%100.88%99.07%销量(片)38866 19492 11397 产销率 81.76%96.69%99.42%资料来源:天岳先进招股书,东方财富证券研究所 4 4.2 2.天科合达天科合达 专注碳化硅专注碳化硅,产品体系形成良性循环。,产品体系形成良性循环。天科合达于 2022 年 4 月重启
91、 IPO进程。公司的主营业务均围绕碳化硅展开,主要产品包括碳化硅晶片、其他碳化硅产品和碳化硅单晶生长炉,其中碳化硅晶片是公司的核心产品,生长炉、籽晶、晶片既是公司自用的生产设备、原料及生产环节,同时又作为产品对外出售。这一体系为公司提供了生产灵活性,降低了过程成本,增加了利润点,形成了产品体系的良性循环。图表图表 4848:天科合达产品体系形成良性循环:天科合达产品体系形成良性循环 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 依托中科院依托中科院优势,技术具有先进性。优势,技术具有先进性。天科合达于 2006 年 9 月由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同创立,依托于中科院物理所十余年在
92、碳化硅领域的研究成果,公司具有技术优势,掌握了覆盖碳化硅晶片生产的“设备研制原料合成晶体生长晶片切割晶片加工清洗检测”全流程关键技术和工艺。截至 2020 年,公司拥有 28 项国内专利、6 项国际专利、7项科技奖项、承担 7 项由科技部、工信部等主导的科研项目、牵头起草 6 项国家标准及电子行业标准。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 29 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 4949:天科合达核心技术及优势天科合达核心技术及优势 核心技术核心技术 公司优势公司优势 PVT 碳化硅单晶生长炉制造技术 具有自主知识产权的 PVT 生长炉,
93、可以保证晶体生长的重复性和一致性,且对设备进行小幅改造即可生长更大尺寸的晶体。高纯碳化硅生长原料合成技术 在自主设计研制的原料合成炉中高温反应,制备的微粉原料纯度高达 99.999%以上。PVT 碳化硅晶体生长技术 基于温场控制的碳化硅晶体缺陷控制技术 温场是晶体生长工艺的核心,公司生产过程中可对热场进行精确控制,有效控制碳化硅晶体缺陷,提高晶体质量。基于温场控制的碳化硅晶体扩径生长技术 扩径技术是由小尺寸籽晶生长大尺寸晶体的技术。公司开发了实时动态调控晶体生长界面技术,实现了晶体在扩径生长的不同阶段需要的差异化界面形状,放大晶体直径的同时保证结晶质量。该技术适用于所有物理气相传输法下的晶体扩
94、径生长。碳化硅单晶电阻率控制技术 设备方面,优化生长炉炉体结构和真空系统,保证其密封性和真空度;材料方面,通过高温纯化降低晶体生长所用耗材的杂质含量;在上述基础上针对不同类型晶体实现电阻率的精确控制。该技术已获得中国、日本和美国专利。低翘曲度碳化硅晶体切割技术 碳化硅硬度于金刚石接近,切割难度大。公司通过该技术可以保证切割后晶片的平整度和厚度均匀性,控制晶片翘曲度和总厚度变化。碳化硅单晶精密研磨、抛光技术 在化学机械抛光过程中自主选择合适的化学药剂成分和配比,能够有效去除晶片的表面损伤层和亚损伤层。即开即用的碳化硅晶片清洗技术 优化清洗液配比,改进设备配置,实现了对晶片表面颗粒、杂质和沾污的有
95、效去除。资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 公司快速成长,营收及利润高增。公司快速成长,营收及利润高增。2017 年至 2019 年,公司营业收入分别为 0.24 亿元、0.78 亿元、1.55 亿元,2018 及 2019 年增速分别达 225.00%和98.72%,保持高速增长。从利润来看,公司于 2018 年扭亏为盈,2018 年及 2019年公司利润分别为 0.02 亿元和 0.3 亿元,达到约 15 倍增长,2020 年一季度归母净利润达 0.04 亿元,为 2018 年全年的两倍。图表图表 5050:2 2Q Q1 1 天科合达营业收入(单位
96、:天科合达营业收入(单位:亿元)亿元)图表图表 5151:2 2Q Q1 1 天科合达归母净利润(单位:天科合达归母净利润(单位:亿元亿元)资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 注:公司最新财务数据披露至2020Q1 资料来源:天科合达招股书,东方财富证券研究所 注:公司最新财务数据披露至2020Q1 4 4.3 3.三安光电三安光电 扎根化合物半导体扎根化合物半导体,产品覆盖面广。,产品覆盖面广。三安光电主营化合物半导体材料与器件,以氮化镓、砷化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等材料所涉及的外0.240.781.550.3200.20.40.60.81
97、1.21.41.61.820020Q1-0.20.020.30.04-0.3-0.2-0.100.10.20.30.420020Q1 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 30 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 延片、芯片为核心业务。其产品覆盖衬底、外延、芯片制造、元器件多个环节,涉及光电、射频前端、电力电子、光技术四大板块,可应用于充电桩、太阳能逆变器、LED 产业链上下游、LED 终端、通讯、5G、消费电子等领域。图表图表 5252:三安光电产品覆盖面广:三安光电产品覆盖面广 资料来源:三安光电年报,
98、东方财富证券研究所 公司积极布局碳化硅公司积极布局碳化硅,下游客户持续开拓。,下游客户持续开拓。在碳化硅领域,公司的主要产品为高功率密度二极管、MOSFET。碳化硅 MOSFET 工业级产品已送样客户,车规级产品正配合多家车企做流片设计及测试,且与新能源汽车重点客户的合作已取得重大突破。碳化硅二极管在 2021 年新开拓送样客户超过 500 家,出货客户超过 200 家,超过 60 种产品已进入量产阶段。当前,公司碳化硅业务在车载充电机方面有弗迪动力(比亚迪)、威迈斯等客户;在充电桩及 UPS 方面有英飞源、科华、英威腾、嘉盛等客户;在光伏逆变器方面有阳光电源、古瑞瓦特、固德威、科士达等客户。
99、公司针对各细分市场标杆客户实现稳定供货,并且与国际标杆客户实现了战略合作。图表图表 5353:三安光电在碳化硅领域积极布局:三安光电在碳化硅领域积极布局 资料来源:三安光电年报,东方财富证券研究所 产业基地遍布全国,产业基地遍布全国,产能处于爬坡期。产能处于爬坡期。公司产业化基地分布在厦门、天津、芜湖、泉州等多个地区,其中,湖南三安主要从事碳化硅、硅基氮化镓等第三 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 31 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 代化合物半导体的研发及产业化,包括长晶衬底制作外延生长芯片制备封装产业链,当前仍在建设中,项目达产后配套产能
100、约 36 万片/年,当前产能为 7.2 万片/年。图表图表 5454:三安光电产业基地分布:三安光电产业基地分布 图表图表 5555:湖南三安建设稳定开展:湖南三安建设稳定开展 资料来源:公司官网,东方财富证券研究所 资料来源:行业新闻,东方财富证券研究所 4 4.4 4.新洁能新洁能 产品系列齐全,应用产品系列齐全,应用领域领域广阔。广阔。公司主营 MOSFET、IGBT 等半导体芯片和功率器件,当前已构建了 IGBT、屏蔽栅 MOSFET、超结 MOSFET、沟槽型 MOSFET四大产品工艺平台,并陆续推出 SiC MOSFET、GaN HEMT、功率模块、智能功率IC 等新品,下游覆盖汽
101、车电子、光伏和储能、数据中心、5G 通讯、工业电源等十余个行业。布局碳化硅衬底,力求打通产业链。布局碳化硅衬底,力求打通产业链。2022 年 11 月,公司与常州臻晶半导体签署增资协议,本次增资后持有常州臻晶 11.11%的股权。常州臻晶主营 6-8英寸碳化硅衬底,计划于 2024 年 9 月实现产业化,其产品布局主要包括 6-8英寸 n 型碳化硅衬底、p 型碳化硅衬底及半绝缘型衬底,以满足新能源汽车、光伏、储能、轨道交通等市场快速增长的需求,低阻型碳化硅产品是其特色产品,目前尚无主流碳化硅供应商方面的竞争对手。公司 6 英寸产品已与目标客户达成意向,预计于 2023 年下半年(6-9 月)向
102、客户送样,8 英寸产品预计于2025 年推出。公司投资常州臻晶切入碳化硅衬底领域,叠加其自有先进封装技术,通过纵向布局及资源整合,将进一步打通产业链。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 32 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 图表图表 5656:常州臻晶未来三年发展规划:常州臻晶未来三年发展规划 资料来源:公司公告,东方财富证券研究所 前瞻使用液相法,核心技术壁垒高。前瞻使用液相法,核心技术壁垒高。液相法技术难点多,当前主要应用于实验研究中,市场上主流方法仍为气相法。常州臻晶针对液相法技术难点,开发并掌握了高效 n/p 掺杂、热场实时监控、多元活
103、性助溶剂、固液界面稳定等核心技术,将液相法用于工业生产中,能够对长晶过程实现可视化监控,降低位错密度,提高产品良率。同时相比于 PVT 法,使用液相法无需预先合成碳化硅原料,具有显著的成本优势。图表图表 5757:常州臻晶的液相法与市场主流:常州臻晶的液相法与市场主流 PVTPVT 法对比法对比 项目项目 市场主流方法(市场主流方法(PVTPVT 法)法)常州臻晶采用的液相法常州臻晶采用的液相法 平均速率 200um/h 500um/h 以上 长晶温度 2300-2500 1600-2000 晶碇厚度 2cm 5cm 扩径能力 弱 强 结晶质量 有微管、位错多 无微管、位错少 实时监控 不能
104、能 优点 技术发展相对成熟 成本低、品质高、良率高、能够制备低阻 p 型衬底 缺点 成本高、品质低、良率低、不能制备低阻 p 型衬底 技术发展有待进一步突破 资料来源:公司公告,东方财富证券研究所 积极调整业务结构,下游客户持续拓展。积极调整业务结构,下游客户持续拓展。2022 年以来新能源汽车、光伏、储能、风电等下游市场需求持续高景气。公司积极调整业务布局,持续提升汽车电子及光储占比。2022 上半年公司营收中光储占比 18%,汽车电子占比 13%;三季度光储占比提升至 30%,汽车电子提升至 14%。客户拓展方面,公司 2022年上半年已实现向比亚迪近 20 款产品的批量供应,同时对小鹏、
105、理想、蔚来等十余家新势力车企持续供货,产品交付数量超 40 款。光储方面,公司产品已成功导入并大量供应国内 80%以上的 Top10 光伏企业,与多家龙头企业签订了保供协议。随着公司碳化硅方面规划顺利推进,公司业务结构将针对市场需求持续优化。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 33 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 4 4.5 5.露笑科技露笑科技 漆包线业务起家,碳化硅及光伏漆包线业务起家,碳化硅及光伏快速开拓。快速开拓。露笑科技创建于 2003 年,最初主营铜芯、铝芯电子线产品。随着企业的发展和规模的扩大,其业务板块逐渐拓展,当前涉及碳化硅业
106、务、光伏发电业务、漆包线业务。在碳化硅方面公司主要从事碳化硅衬底片和长晶炉的生产和销售。图表图表 5858:露笑科技业务涉及碳化硅在内的三个板块:露笑科技业务涉及碳化硅在内的三个板块 资料来源:公司官网,露笑科技年报,东方财富证券研究所 6 6 英寸导电型英寸导电型衬底研发成功,后道设备调试完成。衬底研发成功,后道设备调试完成。公司已完成具有完全自主知识产权碳化硅晶体生长炉的开发和定型工作,当前已成功研发 6 英寸导电型衬底,质量与国外厂家保持一致,长晶良率达 50%,处于全球先进水平。当前 6 英寸衬底已开始批量生产,后道切磨抛设备安装调试完成,处于爬坡阶段,切磨抛设备达产后公司即可实现大批
107、量供货。公司重视研发,专家引进与资金投入共同发力。公司重视研发,专家引进与资金投入共同发力。在研发团队上,公司引进国内最早从事碳化硅晶体生长的陈之战教授团队。陈之战博士 1998 年开始从事碳化硅晶体生长研究,至今有 24 年的经验,曾长期在中国科学院上海硅酸盐所工作,率先在国内开展碳化硅晶体生长、加工研究。在研发投入上,公司2019、2020、2021 年研发投入分别为 0.29 亿元、0.43 亿元和 0.81 亿元,2020年及 2021 年增速分别为 48.28%和 88.37%。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 34 电子设备行业专题研究电子
108、设备行业专题研究 图表图表 5959:20 年露笑科技研发费用及增速年露笑科技研发费用及增速 资料来源:露笑科技年报,东方财富证券研究所 公司今年来在碳化硅领域积极布局:公司今年来在碳化硅领域积极布局:公司于 2019 年与中科钢研、国宏中宇等签署了碳化硅战略合作协议,此次规划中公司将为国宏中宇主导的碳化硅项目定制约 200 台长晶炉。2020 年 10 月签署协议,在安徽省合肥市长丰县投资建设“第三代功率半导体(碳化硅)产业园项目,并共同出资设立合肥露笑半导体材料有限公司。2021 年 11 月,合肥露笑与东莞天域半导体签订战略合作协议,协议约定东莞天域将优先选
109、用公司生产的 6 英寸导电型衬底,2022 年、2023 年、2024年合肥露笑需为东莞天域预留产能不少于 15 万片。2021 年 11 月,公司非公开发行股票拟募集 29.4 亿元,用于投资“第三代功率半导体(碳化硅)产业园项目”、“大尺寸碳化硅衬底片研发中心”。该项目完成后将形成年产 24 万片 6 英寸导电型碳化硅衬底片的产能。图表图表 6060:露笑科技近年来在碳化硅领域积极布局:露笑科技近年来在碳化硅领域积极布局 资料来源:公司官网,公司公告,东方财富证券研究所 0.290.430.8148.28%88.37%0.000.200.400.600.801.002019年2020年20
110、21年(亿元)增速(%)20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 35 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 5.5.风险提示风险提示 (1)受消费市场影响,新能源汽车需求不及预期;(2)SiC 工艺难度大,研发不及预期;(3)衬底成本下降不及预期,影响 SiC 渗透率;(4)产能扩张不及预期。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 36 电子设备行业专题研究电子设备行业专题研究 东方财富证券股份有限公司(以下简称“本公司”)具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格东方财富证券股份有限公司(以下简称“本公司”)具有中国证
111、监会核准的证券投资咨询业务资格 分析师申明:分析师申明:作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,保证报告所采用的数据均来作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,保证报告所采用的数据均来自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业理解,本报告清晰准确地反映了作者的研究观点,力求独立、客观和自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业理解,本报告清晰准确地反映了作者的研究观点,力求独立、客观和公正,结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。公正,结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。投资建议的评级标准:投资建议的评级标准:报告中投资建议所涉及的评级分为股
112、票评级和行业评级(另有说明的除外)。评级标准为报告发布日后报告中投资建议所涉及的评级分为股票评级和行业评级(另有说明的除外)。评级标准为报告发布日后3 3到到1212个月内的相对市场表现,也即:以报告发布日后的个月内的相对市场表现,也即:以报告发布日后的3 3到到1212个月内的公司股价(或行业指数)相对同期相关证个月内的公司股价(或行业指数)相对同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅作为基准。其中:券市场代表性指数的涨跌幅作为基准。其中:A A股市场以沪深股市场以沪深3 30000指数为基准;新三板市场以三板成指(针对指数为基准;新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转
113、让标的)为基准;香港市场以恒生指数为基准;美国市场以标协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准;香港市场以恒生指数为基准;美国市场以标普普500500指数为基准。指数为基准。股票评级股票评级 买入:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅买入:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅15%15%以上;以上;增持:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于增持:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于5%5%15%15%之间;之间;中性:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于中性:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-5%5%5%5%之间;之间;减持:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于减持:相
114、对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-15%15%-5%5%之间;之间;卖出:相对同期相关证券市场代表性指数跌幅卖出:相对同期相关证券市场代表性指数跌幅15%15%以上。以上。行业评级行业评级 强于大市强于大市:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅10%10%以上;以上;中性:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于中性:相对同期相关证券市场代表性指数涨幅介于-10%10%10%10%之间;之间;弱于大市:相对同期相关证券市场代表性指数跌幅弱于大市:相对同期相关证券市场代表性指数跌幅10%10%以上。以上。免责声明:免责声明:本研究报告由东方财富证券股份有限公司
115、制作及在中华人民共和国(香港和澳门特别行政区、台湾省除外)本研究报告由东方财富证券股份有限公司制作及在中华人民共和国(香港和澳门特别行政区、台湾省除外)发布。发布。本研究报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本研究报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本研究报告是基于本公司认为可靠的且目前已公开的信息撰写,本公司力求但不保证该信息的准确性和完整本研究报告是基于本公司认为可靠的且目前已公开的信息撰写,本公司力求但不保证该信息的准确性和完整性,客户也不应该认为该信息是准确和完整性,客户也不应该认为该信息是准确和完整
116、的。同时,本公司不保证文中观点或陈述不会发生任何变更,在的。同时,本公司不保证文中观点或陈述不会发生任何变更,在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司会适时更新我们的研究,但不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司会适时更新我们的研究,但可能会因某些规定而无法做到。除了一些定期出版的报告之外,绝大多数研究报告是在分析师认为适当的时可能会因某些规定而无法做到。除了一些定期出版的报告之外,绝大多数研究报告是在分析师认为适当的时候不定期地发布。候不定期地发布。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,也没有考虑
117、到个别客户特殊在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,也没有考虑到个别客户特殊的投资目标、财务状况或需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况,若有必要应寻的投资目标、财务状况或需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况,若有必要应寻求专家意见。本报告所载的资料、工具、意见及推测只提供给客户作参求专家意见。本报告所载的资料、工具、意见及推测只提供给客户作参考之用,并非作为或被视为出售或购考之用,并非作为或被视为出售或购买证券或其他投资标的的邀请或向人作出邀请。买证券或其他投资标的的邀请或向人作出邀请。本报告中提及的投资价格和价值以及
118、这些投资带来的收入可能会波动。过去的表现并不代表未来的表现,未本报告中提及的投资价格和价值以及这些投资带来的收入可能会波动。过去的表现并不代表未来的表现,未来的回报也无法保证,投资者可能会损失本金。外汇汇率波动有可能对某些投资的价值或价格或来自这一投来的回报也无法保证,投资者可能会损失本金。外汇汇率波动有可能对某些投资的价值或价格或来自这一投资的收入产生不良影响。资的收入产生不良影响。那些涉及期货、期权及其它衍生工具的交易,因其包括重大的市场风险,因此并不适合所有投资者。那些涉及期货、期权及其它衍生工具的交易,因其包括重大的市场风险,因此并不适合所有投资者。在任何情况下,本公司不对任何人因使用
119、本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任,投资者需自行在任何情况下,本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任,投资者需自行承担风险。承担风险。本报告主要以电子版形式分发,本报告主要以电子版形式分发,间或也会辅以印刷品形式分发,所有报告版权均归本公司所有。未经本公司间或也会辅以印刷品形式分发,所有报告版权均归本公司所有。未经本公司事先书面授权,任何机构或个人不得以任何形式复制、转发或公开传播本报告的全部或部分内容,不得将报事先书面授权,任何机构或个人不得以任何形式复制、转发或公开传播本报告的全部或部分内容,不得将报告内容作为诉讼、仲裁、传媒所引用之证明或依据,不得用于营利或用于未经允许的其它用途。告内容作为诉讼、仲裁、传媒所引用之证明或依据,不得用于营利或用于未经允许的其它用途。如需引用、刊发或转载本报告,需注明出处为东方财富证券研究所,且不得对本报告进行任何有悖原意的引如需引用、刊发或转载本报告,需注明出处为东方财富证券研究所,且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。用、删节和修改。